サウンドアンプクラス

確かに、現代のアンプはさまざまなクラスに属する可能性があると聞いたことがある人は多いでしょう。ただし、音響システムや音響機器の技術的特徴から遠く離れている人は、文字の指定の背後に何が隠されているのかを理解することはほとんどありません.

私たちのレビューでは、アンプクラスとは何か、それらが何であるか、および最適なモデルを選択する方法について詳しく説明します.

増幅器クラスは、正弦波入力信号によって 1 つの動作サイクル中に機能ダイアグラムで駆動される出力信号の値であり、この効果の結果として変化します。 アンプのクラスへの分類は、カテゴリからの着信信号を増幅するために使用されるモードの線形パラメータに依存しますが、効率はかなり低下しますが、完全に非線形になります。 この場合、信号のサウンド再生の精度はそれほど高くありませんが、効率は非常に高くなります。他のすべてのクラスのアンプは、これら 2 つのグループの間のある種の中間モデルです。

すべてのクラスの増幅器は、条件付きで 2 つのサブグループに分けることができます。 1 つ目は、クラス A、B、および AB と C の古典的な制御モデルを含みます。 それらのカテゴリは、出力信号の特定のセクションにおける導電率のパラメータによって決定されます。したがって、出力の内蔵トランジスタの動作は、「オフ」と「オン」の中間にあります。

デバイスの2番目のカテゴリには、いわゆるスイッチングクラスと見なされる最新のモデルが含まれます。これらは、モデルD、E、F、およびG、S、H、およびTです。

これらのアンプは、動作時にパルス幅変調を使用するだけでなく、デジタル回路を使用して信号を「完全にオフ」と「完全にオン」の間で連続的に遷移させます。 その結果、飽和領域で強力な出力が発生します。

さまざまなクラスのアンプについて詳しく説明します。

クラス A モデルは、設計がシンプルなため、最も広く使用されています。これは、入力信号の歪みのいくつかのパラメーターによるものであり、したがって、アンプの設置の他のすべてのカテゴリと比較して高音質です。 このカテゴリのモデルは、他のモデルと比較して線形性が高いです。

通常、クラス A アンプは、単一バージョンのトランジスタを使用します。 位相信号がなくても、ゲルマニウムトランジスタが常にそれを通過するように、信号の半分の基本的なエミッタ構成に接続されています。これは、出力で、ステージが信号のカットオフおよび飽和領域に完全に移行しないことを意味します。負荷線のほぼ中央に独自のオフセット ポイントがあります。このような構造は、トランジスタが単にアクティブにならないという事実につながります - これは、その基本的な欠点の1つと考えられています。

クラス A デバイスはシングル エンドであり、指定されたすべての曲線の線形ゾーンで動作するため、1 つの出力デバイスが 360 度全体を移動します。この場合、カテゴリ A デバイスは電流源に完全に準拠しています。

このカテゴリの増幅器は、すでに述べたように、超線形領域で動作するため、DC バイアスを正しく設定する必要があります。 - これにより、適切な動作が保証され、24 ワットの電力でサウンド ストリームが得られます。ただし、出力デバイスは常にオフ状態にあるため、継続的に電流が流れ、構造全体で一定の電力損失が発生する条件が作成されます。この機能は大量の熱の放出につながりますが、その効率は非常に低く、40% を超えないため、ある種の強力な音響システムに関しては実用的ではありません。その上、 設置の無負荷電流が増加するため、電源は適切な寸法で、可能な限りフィルタリングする必要があります。そうしないと、アンプの音とサードパーティのハムを避けることができません。 メーカーがより効率的なカテゴリのアンプの作成に取り組み続けることを余儀なくされたという事実につながったのは、これらの欠点でした。

クラス B アンプは、以前のカテゴリのインストールに固有の低効率と過熱レベルの増加に関連する問題を解決するためにメーカーによって作成されました。 彼らの仕事では、カテゴリ B モデルは追加のトランジスタのペアを使用し、通常はバイポーラです。 それらの違いは、信号の両方の半分について、出力エッジがプッシュプル回路に従って構築されるため、各トランジスタデバイスは出力信号の半分だけを増幅することです。

このクラスのアンプには、自己消費電流がゼロであるためベース DC バイアス電流がなく、DC 電力定格は通常低くなります。したがって、その効率はデバイスAの効率よりもはるかに高くなります。 信号が正になると、正バイアスのトランジスタが信号を駆動し、負バイアスのトランジスタはオフのままになります。 同様に、入力信号が負の値をとる瞬間に、正の値がオフになり、逆に負にバイアスされたトランジスタがアクティブになり、信号の負の半分を提供します。その結果、動作中のトランジスタは、着信信号の正または負の半サイクルでのみ1/2サイクルを伝導します。

このプッシュプル設計は、クラス A アンプよりも約 45 ～ 60% 効率的です。 このタイプのモデルの問題は、-0.7 V から +0.7 までの値を持つ入力電圧コリドー内のトランジスタの「デッド ゾーン」により、オーディオ信号の通過時に重大な歪みが生じることです。 V.

物理学のコースから誰もが知っているように、バイポーラトランジスタが完全な配線を開始するには、ベースエミッタが約0.7 Vの電圧を与える必要があります。この電圧がこのマークを超えるまで、出力トランジスタはオン位置にシフトしません。これは、0.7 V コリドーに入る信号の半分が不正確に再生され始めることを意味します。したがって、これにより、カテゴリ B のデバイスは、精密音響設備での使用には実質的に不向きになります。

為に これらの歪みを克服するために、いわゆるクラス AB 妥協デバイスが作成されました。

このモデルは、カテゴリ A とカテゴリ B の設計の一種のタンデムであり、現在、AB 型アンプは最も一般的な設計オプションの 1 つと見なされています。 これらは、カテゴリ B の製品と少し似ていますが、唯一の例外は、両方のトランジスタ デバイスが同時に波形の交差点付近で信号を伝導できることです。 これにより、以前のグループ B アンプのすべての信号歪みの問題が完全に解消されます. 違いは、トランジスタのペアがかなり低いバイアス電圧を持っていることです, 原則として, 静止電流パラメータの 5 ～ 10%.この場合、導通デバイスは半サイクルの時間よりも長くオンのままですが、同時に、入力信号の全サイクルよりもはるかに短くなります。

ということは、完全に確信を持って言えます。 タイプ AB デバイスは、効率と直線性の点でクラス A モデルとクラス B モデルの間の優れた妥協点と見なされます。また、オーディオ信号の変換効率は約 50% です。

クラス C の設置は、可能な限り効率的になるように設計されていますが、他のすべてのカテゴリに比べて直線性がかなり劣っています。 C 級アンプはかなり著しくバイアスされているため、入力電流はゼロになり、入力信号の 1/2 サイクル以上の間、そこにとどまります。 このとき、トランジスタはオフするスタンバイモードになっています。

このような設計上の特徴により、音響システムでアンプを使用することは不可能になります。 原則として、これらのモデルは、出力で放出された電流パルスが特定の周波数の正弦波に変換される高周波増幅器の個々のバージョンと同様に、高周波発生器での使用範囲を見つけました。

カテゴリ D アンプは、2 チャネルの非線形スイッチング モデルを指し、PWM アンプとも呼ばれます。

ほとんどのオーディオ システムでは、出力段はクラス A または AB で動作します。 グループ D の集積アンプでは、ライン入力の消費電力は、最も完全でほぼ理想的な実装の場合でも重要です。これにより、Dクラスモデルは、発熱が最小限に抑えられ、デバイスの重量と寸法が削減され、したがって製品コストが低下するため、ほとんどのアプリケーションで大きな利点が得られますが、そのようなモデルのバッテリー寿命は他の設計のモデルと比較して増加します.

クラスFアンプ。 これらのモデルは効率を高め、効率は約90％です。

クラスGアンプ。 実際、このアンプは、TDA の基本的なクラス AB デバイスの高度な高線形設計です。このカテゴリのモデルは、着信信号のパラメータが変更された場合に、異なる電力線を自動的に切り替えることができます。このような切り替えにより、エネルギー消費が大幅に削減され、したがって、熱損失によって引き起こされる電力消費が削減されます。

クラス I アンプ。 このようなモデルには、追加の出力デバイスのセットがいくつかあります。スイッチを入れる前は、プッシュプル構成に配置されています。最初のデバイスは信号の正の部分を切り替え、2 番目のデバイスはカテゴリ B のアンプと同様に負の部分を切り替えます. 入力にオーディオ信号がない場合、または信号がゼロクロスオーバーポイントに達した場合、切り替えはメカニズムは、メイン サイクルと同時にオン/オフします。

クラスSアンプ。 このクラスの増幅器は、非線形スイッチング メカニズムとして分類されます。動作メカニズムに関しては、カテゴリ D アンプに似ています. このようなアンプは、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、何倍にも増幅します.したがって、出力電力を増加させるために、通常、スイッチングデバイスのデジタル信号は完全にオンまたは完全にオフになるため、そのようなデバイスの効率は100％になる可能性があります。

クラスTアンプ。 デジタルアンプの別バージョン。今日、このようなモデルは、着信信号のデジタル処理を可能にするマイクロ回路の存在と、内蔵のマルチチャンネル3Dサウンドアンプにより、ますます人気が高まっています.この効果は、アナログ信号を高 PWM のデジタル タイプのサウンドに変換できる設計によって提供されます。クラス C デバイスの設計は、クラス D モデルの効率を維持しながら、カテゴリ AB に似た低歪み信号の特性を兼ね備えています。

まず、アンプが原則としてどのように機能するかについて考えてみましょう。確かに驚かれることでしょうが、実際には工場出荷時のアンプは何も増幅しません。実際には、 その操作のメカニズムは、最も単純なクレーンの操作に似ています。 ハンドルをひねると水道の水が勢いよく流れ出し、ひねると流れが止まります。アンプでは、すべてのプロセスが同じように発生します。強力な電源モジュールから、デバイスに接続されたスピーカーに電流が流れます。この場合、タップの機能はトランジスタによって引き継がれます-出力では、アンプに渡される信号によってそれらの開閉の程度が制御されます。このクレーンがどのように機能するか、つまり出力トランジスタがどのように動作するかから、アンプのクラスが決定されます。

ABデバイスについて話している場合、それらのトランジスタは、それらに到達する信号に不釣り合いに開いたり閉じたりするという不快な特性を持っている可能性があります.したがって、彼らの仕事は変わりません。蛇口の例えに戻ると、蛇口のハンドルを回すことができますが、最初はゆっくりと水が流れ、その後突然、流量が急激に増加します。

このために カテゴリABのトランジスタは、信号がない場合でも半開きに保つ必要があります。 これは、信号が特定のレベルに達するまで待たずにすぐに動作を開始するために必要です。この場合にのみ、アンプは最小限の歪みでサウンドを再生できます。実際には、これは有用なエネルギーの一部が浪費されることを意味します。アパートの水道の蛇口をすべて開けると、小さな水滴が絶え間なく流れ出ると想像してみてください。その結果、そのようなモデルの効率は50〜70％を超えません。クラスABアンプの主な欠点は効率の低さです。

Dクラスのデバイスについて言えば、それらの動作原理はまったく同じです。 それらには、開閉できる独自の出力トランジスタがあります。したがって、それらに接続されたスピーカーを通る電流の通過は調整されますが、信号のみがそれらの開口部を制御します。これは、その構成では着信スピーカーから非常に離れています。

これは、信号が D クラス デバイスの出力トランジスタに適用される方法です。この場合、それらはまったく異なる方法で機能します。完全に閉じるか、中間値なしで開きます。これは、そのようなモデルの効率が 100% 近くになる可能性があることを意味します。

もちろん、そのような信号をオーディオ システムに送信するのは時期尚早であり、まず標準的な構成に戻す必要があります。これは、出力チョークとコンデンサを使用して行うことができます。それらの処理後、増幅された信号が出力に形成され、その形で入力信号が完全に繰り返されます。スピーカーに伝わるのは彼です。

D クラス デバイスの主な利点は、効率の向上です。 その結果、エネルギー消費をより節約できます。

長い間、 高品質の音響設備を接続するには、ABアンプが最適なソリューションになります.カテゴリDモデルは、着信信号を周波数の低いパルス信号に変換したため、サブウーファーモードでのみ良好なサウンドが得られました。最近、テクノロジーは大きな一歩を踏み出しました。今日では、ほぼ瞬時に開閉できる高速トランジスタがすでにあり、店舗にはかなりの数のDクラス広帯域デバイスがあります。

これらのモデルは、サブウーファーだけでなく、あらゆるタイプの最新の音響システムにも使用できるように設計されています。ハイパワーを必要としないオプションについては、かなりコンパクトなアンプを購入するのが理にかなっています。

したがって、スピーカーを接続するのに十分なスペースがある場合は、AB クラスのモデルを選択することをお勧めします。数十年にわたって、これらのモデルの回路は十分に開発されており、かなり優れた音質を提供し、故障した場合は最寄りのサービスセンターで簡単に修理できます.

音響設備の設置面積が限られている場合は、グループ D のブロードバンド モデルを詳しく検討する必要があります。 ABクラスの製品と同じ電力パラメータで、はるかに小型で軽量であり、さらに発熱が少なく、モデルによっては、介入を最小限に抑えて目立たないように設置することさえできます.

サブウーファー接続の場合、D クラスの設置で最大の利点、低音ブロックは最もエネルギーを消費する周波数範囲であるため、この場合、製品の効率は基本的に重要であり、この場合、Dクラスの製品に競合するものはありません。

このビデオでは、サウンドアンプのクラスをより明確に知ることができます。